白光LED室内可见光通信的关键技术

白光LED无线光通信系统研究摘要：可见光通信技术是基于白光LED照明光源的无线光通信技术，在电磁干扰场合可代替射频通信，应用前景很广阔。

目前白光LED在提供室内照明的同时，已被用作通信光源实现室内无线高速数据通信。

本文主要研究的是白光LED加载数字信号，并将信号编码发送，经过空气中长距离传输，接收信号通过电流电压转换、电压放大、比较整形、解码还原发送信号的技术，并在此技术之上加载语音信号传输，展现了本文所介绍的白光通信系统的实用价值。

关键词：白光LED，光通信，无线高速数据通信，语音信号传输。

White LED wireless optical communication system researchABSTRACT：Visible light communication technology is based on white LED lighting source wireless optical communication technology, the electromagnetic interference situations can be instead of radio frequency communication, the application prospect is very broad. The white LED in the provision of indoor lighting, has been used as a light source to realize the indoor wireless high-speed data communication of communication. This paper mainly studies the white LED load digital signal, and then sends signal encoding, after long distance transmission in the air, receiving signal by comparing current voltage conversion andvoltage amplification, plastic technology, to send signals, decoding reduction and loads on the technology of voice signal transmission, and shows the white light of communication system, presented in this paper the practical valueKeywords: White LED, optical communications, wireless high-speed data communication, voice signal transmission1 引言可见光通信技术(VLC，Visible Light Communication)的研究与发展与射频无线通信相比，具有无需频带申请、造价低，小尺寸，高增益接收等众多优点。

光纤通信中可见光通信的设计与性能分析近年来，可见光通信作为一项创新性的通信技术，引起了广泛关注。

与传统的无线通信相比，可见光通信利用可见光波段进行数据传输，具有更高的数据传输速率、更低的干扰以及更广泛的应用前景。

在光纤通信中，可见光通信的设计与性能分析成为了一个重要的研究方向。

首先，可见光通信的设计需要考虑光源的选择与调制方法。

光源的选择是设计中的关键一步，常用的光源有白色发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。

LED具有低成本、稳定性好、寿命长等优点，但由于其发光效率较低，需要进行高效的调制方式。

而LD具有较高的功率和较窄的光束，但成本相对较高。

根据实际需求和预算，选择适当的光源非常重要。

其次，可见光通信的设计还需要考虑信道传输特性。

由于可见光通信受环境干扰比较大，如光照、障碍物等，设计中必须充分考虑这些因素。

在信道传输特性的研究中，建立合适的数学模型用于预测和优化传输性能是必不可少的。

此外，对于不同的应用场景，还可以采用光学镜面反射技术以提高传输效果。

光接收器是可见光通信设计中的另一个重要部分。

光接收器的设计与性能对可见光通信的传输质量起着至关重要的作用。

常见的接收器有光电二极管（PD）和光电转换器（PDT）。

PD具有快速响应速度、较高的响应度和较大的动态范围，但灵敏度较低。

PDT通过延长光子的旅程，改善了光接收效果，但响应速度相对较慢。

根据实际需求和性能要求，选择适合的接收器可以提高系统性能。

此外，可见光通信的性能分析也是设计中的重要一环。

性能分析可以从多个角度评估通信系统的性能，如传输速率、误码率和系统容量等。

传输速率是衡量通信系统的重要指标之一，与调制方式、信噪比以及信道带宽等相关。

误码率是衡量通信系统错误码字数与传输码字数比例的指标，对于保证信息传输的可靠性十分重要。

系统容量则是指在给定条件下，通信系统所能实现的最大数据传输量。

通过定量的性能分析，可以评估系统的可实现性和稳定性，进行优化设计。

基于LED的可见光无线通信关键技术研究发表时间：2018-11-14T17:14:31.717Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第20期作者：邱瑞文[导读] LED可见光无线通信技术通过光无线通信技术和LED照明的相互配合，是当前研究的重点内容。

本文主要分析了LED可见光无线通信的关键技术，并探讨了其发展方向供参考。

关键词：LED；无线通信；关键技术邱瑞文中时讯通信建设有限公司摘要：LED可见光无线通信技术通过光无线通信技术和LED照明的相互配合，是当前研究的重点内容。

本文主要分析了LED可见光无线通信的关键技术，并探讨了其发展方向供参考。

关键词：LED；无线通信；关键技术LED技术是通过固态半导体器件电致发光的技术，可见光通信系统是通过发光二极管或是荧光灯表现出无法被肉眼看见的高速闪烁传输信号，通过英特网电线装置照明来相连，连接电源之后运作，LED可见光无线通信技术可以符合下一代多媒体通信技术的要求。

1 可见光无线通信的关键技术1.1可见光通信发射与接收技术这两种技术一般使用强制调制/直接检测（IM/DD）形式，因该检测形式有着简单的硬件结构，成本相对不高，普遍应用。

它作为非最优化检测技术，能够让可见光通信研究的实用性更强，对比以往的无线检测系统，该检测形式的灵敏度不高。

要设置专门的收发器于可见光通信上，所以需要健全该技术，另外还要装设有效的LED驱动电路及接收激光检测电路。

1.2可见光链路技术光传播的方向性非常强，那么在这个过程当中，链路会被路径当中物体阻碍。

无线光链路一般有两种方式，分别为非视距链路以及视距链路。

视距链路形式中的光线传播时出现障碍物时，无法同射频电磁波展开衍射或是绕射，其鲁棒性不高。

非视距链路形式中，采用反射镜能够让反射之后的光功率的衰减值较大，进而使得链路可靠性更强。

还需要使对应的接收机灵敏度与信号的处理技术进行提升。

这两类链路技术较好的应用于室内通信当中，视距链路的接收信号功率占很大部分，且非视距链路一般是时延扩展信道。

• 188•白光LED 具有使用简单、价格便宜、寿命长等特点，是主流照明技术。

基于白光LED 的可见光通信技术由于兼具照明和通信功能，得到了业界广泛的研究和关注。

本文简单介绍可见光通信技术概况，分析了可见光通信的原理及关键技术，最后总结了可见光通信技术的应用。

1 可见光通信技术概况目前，通信行业是现代人最为基本的社会生活需求，人们对无线通信的需求呈井喷式的增长。

2015年，全球移动通信的用户超过了34亿。

无线通信技术发展至今，无线电的频谱资源已经越来越少，需要找到一种新的载波频段。

可见光波段属于空白波段，如图1所示，目前没有被占用，故不需要授权许可，因此有效的解决频谱资源短缺的问题。

白光LED 具有结构简单，价格便宜，寿命长等特点，广泛用于中短距离的通信系统。

可见光通信技术(VLC 技术)是利用白光LED 作为光源，将照明和通信结合的一种技术。

与其他无线通信技术对比，VLC 技术除了不需要无线电频谱认证，还有绿色环保、没有高频电磁辐射、不伤害人体应用场景广泛等特点，因此成为了国内外研究的热点技术。

图1 频谱资源示意图2 可见光通信原理如图2所示，可见光通信系统是由发送机、无线信道和接收机构成。

发送机主要由光源和调制器组成，由于LED 器件具有高速调制和响应时间短等特点，把LED 作为发送机的光源，需要传输的数据经过调制器将数据高速到适合光源传输的信号，TX 前端将调制后的数据比特流加载到光载波上，此时光载波的变化将随着数据比特流的变化而变化，实现电光转换。

接收机主要由光检测器件和解调器组成，光电检测器件的功能是实现光电转换，RX 前端的作用滤掉噪声，放大转换后的电信号。

解调器的作用是处理这些信号并恢复出最原始的数据。

图2 可见光通信系统模型3 可见光通信的关键技术3.1 LED的非线性效应问题LED 虽然具有高速调制等特点，但其调制带宽有限，且自身频谱也较宽，P-I 特性存在非线性效应，如图3所示。

可见光通信及其关键技术探讨陈敏发布时间：2021-09-06T15:51:22.563Z 来源：《中国科技信息》2021年9月下作者：陈敏[导读] 本文在探讨传统图像传感器、到达时间法等可见光通信技术的基础上，提出基于改进k-means聚类算法的可见光通信定位方案，对室内空间中光源信号功率、反射与散射位置进行确定，并考虑LED光信号在自由空间传播中的叠加效应，为不同LED光源分配不同的ID，通过定位区域光功率的多次迭代计算后，得到LED目标对象较为准确的空间位置坐标，以提升可见光通信的精准度。

深圳意创通讯科技有限公司陈敏深圳市 518110摘要：本文在探讨传统图像传感器、到达时间法等可见光通信技术的基础上，提出基于改进k-means聚类算法的可见光通信定位方案，对室内空间中光源信号功率、反射与散射位置进行确定，并考虑LED光信号在自由空间传播中的叠加效应，为不同LED光源分配不同的ID，通过定位区域光功率的多次迭代计算后，得到LED目标对象较为准确的空间位置坐标，以提升可见光通信的精准度。

关键词：可见光通信；数据传输；定位；关键技术前言：在可见光通信技术的室内定位研究中，要根据可见光通信的信息传输、定位原理，对传统的可见光通信定位的优缺点进行分析，并提出可见光通信定位的k-means机器学习算法，运用该算法改进LED光信号的指纹数据，以及建立迭代后的光功率指纹库，来完成目标对象的光指纹匹配定位，保证可见光通信定位的性能和结果。

1可见光通信(LED)关键技术及其优缺点1.1图像传感器法的可见光通信技术在使用发光二极管(LED)发射光源，用于室内空间的可见光通信、信号定位过程中，可以基于图像传感器法，用摄像机捕获LED光源发射的光谱信息，得到不同时间LED光源传输的阵列信息，摄像机捕获数据的速率在30bps左右。

1.2到达时间法(TOA)的可见光通信技术利用可见光通信技术的目标测距定位过程中，通常使用到达时间差法(TOA)，根据LED发射器的可见光信号发射时间、到达时间，测量出可见光信号从发射，到到达定位目标的时间长度，来实现对目标对象的距离测量。

可见光通信关键技术选取作为一种新兴的通信技术，可见光通信（Visible Light Communication, VLC）利用可见光波段进行数据传输。

相较于传统的无线通信技术，如Wi-Fi和蓝牙，可见光通信具有更高的安全性、更大的带宽和更低的干扰。

然而，实现可见光通信需要解决一些关键技术问题。

本文将从可见光通信的关键技术选取角度展开讨论。

首先，对于可见光通信而言，最重要的技术之一是光源和光接收器的设计。

合适的光源和光接收器可以保证可见光通信的稳定性和性能。

在选择光源时，需要考虑其发光亮度、发光范围、功耗和成本等因素。

一种常见的选择是使用白光LED 作为光源，因为白光LED具有较高的亮度和较低的功耗，而且成本相对较低。

对于光接收器的选择，关键考虑因素包括感光元件的响应速度、灵敏度和噪声等性能指标。

其次，光学系统设计是可见光通信的另一个重要技术。

由于可见光通信需要通过可见光波进行数据传输，因此光学系统的设计在传输效率和信号质量方面起着关键作用。

一种常见的光学系统是使用透镜来实现焦距调节和光束聚焦。

此外，还可以通过光学滤波器来提高信号的抗干扰性能，以及前向纠错（Forward Error Correction, FEC）技术来提高数据传输的可靠性。

另外，调制技术也是可见光通信的关键技术之一。

调制技术用于将数字信号转换为可见光信号，以便在光波中传输。

常见的调制技术包括振幅调制（Amplitude Modulation, AM）、频率调制（Frequency Modulation, FM）和相位调制（Phase Modulation, PM）。

在选择调制技术时，需要考虑传输距离、速率和抗干扰能力等因素。

此外，为了提高传输速率，还可以采用多级调制和多通道传输的技术。

除了上述关键技术，信号处理和解调技术在可见光通信中也起着重要的作用。

信号处理技术可以用于信道均衡、降噪和信号恢复等操作，以提高通信系统的性能。

白光LED光通信的关键技术研究可见光通信是一项新兴的基于白光LED的无线光通信技术。

可见光通信系统可以实现照明和通信的双重功用。

通过分析影响白光LED通信性能的因素，对白光LED通信中提高系统整体性能的若干关键技术进行了分析讨论，为改善白光LED通信系统性能提供进一步努力的参考依据。

一、引言可见光通信技术(Visible Light Communication，简称VLC)是随着白光LED照明技术的发展而兴起的无线光通信技术，可分为室内可见光通信和室外可见光通信两大类。

白光LED具有功耗低、寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，被认为终将取代荧光灯、白炽灯等传统照明光源，成为下一代固体照明光源。

同时与传统照明光源相比，白光LED又具有响应时间短、高速调制的特性，因此可以设计出基于白光LED的室内可见光无线通信系统和网络，实现照明和通信的双重作用。

目前，可见光通信大多处于实验阶段，虽然整体系统已有实现，但与可见光通信的实用还有一定的距离，系统的各项性能有待进一步优化。

二、系统发展概述近年来，中日欧美的研究人员对基于白光LED照明光源的可见光通信的展开了面向应用的研究。

其中作为美国国家科学基金的十年规划，2008年美国政府动员30所大学及科研机构，投入1850万美元的启动资金开展了该领域的科技攻关。

但由于该项技术综合性强，技术难度大，目前全面掌握核心技术并能够做到在世界级展会上现场演示样机的仅有中国暨南大学与日本太阳诱电公司两家。

2004年，Takakuni等对基于白光LED灯的整体通信系统进行了初步实验研究，该系统[1]利用桌面LED照明台灯向用户提供广播信息，结构简单，但系统通信距离较短，数据传输速率较低。

2008年，太阳诱电株式会社在“东京国际消费电子博览会”上现场演示了采用白光LED的高速无线通信系统，最大数据传输速率可达100Mbit/s[2]。

该系统实现了双向全双工高速通信，但是最大传输距离仅为0.2m左右。